Fakulteten för humaniora och samhällsvetenskap Naturgeografi Magnus Wallsten Jämförelse mellan volymberäkning baserad på flygfotografering och volymberäkning baserad på traditionell inmätning Comparison of volume calculation based on aerial photography and volume calculation based on traditional surveying Examensarbete 7,5 hp Mät- och kartteknikprogrammet Datum: 2013-06-23 Handledare: Uliana Danila Examinator: Rolf Nyberg Löpnummer: 2013:7 Karlstads universitet 651 88 Karlstad Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60 Information@kau.se www.kau.se 1
Försäkran Denna rapport är en deluppfyllelse av kraven till högskoleexamen på programmet för Mätoch kartteknik. Allt material i denna rapport som inte är mitt eget har identifierats, och rapporten innehåller inte materiel som har använts i en tidigare rapport. 2
Sammanfattning Syftet med det här examensarbetet är att jämföra volymberäkning baserad på flygfotografering med traditionell volymberäkning baserad på NRTK inmätta nivåkurvor med avseende på resultatet efter volymberäkning. Studieområdet valdes till en utav flishögarna på Hedens värmeverk. Flygfotograferingen och volymberäkningen utfördes av Johan Lindquist på företaget rotoview med en UAV (unmanned aerial vehicle). För den traditionella volymberäkningen mättes två nivåkurvor in kring flishögen med NRTK i koordinatsystemet swerref 99 13 30. Volymen beräknades sedan i SGB GEO med två beräkningsmetoder, modell mot referensplan och modell mot modell. Resultat blev att flishögen med volymberäkning baserad på flygfotografering fick en beräknad volym på 3288 kubikmeter. Flishögen med volymberäkning baserad på beräkningsmetoden modell mot referensplan fick en beräknad volym på 3318 kubikmeter. Flishögen med volymberäkning baserad på beräkningsmetoden modell mot modell fick en beräknad volym på 3151 kubikmeter. 3
Abstract The purpose of this study is to compare the volume calculation based on aerial photography with traditional volume calculation based on Network RTK measured level curves with respect to the results after the volume calculation. The study area was selected to one of the piles of woodchips at Hedens heatingplant. Aerial photography and volume calculation was performed by Johan Lindquist at the company rotoview with a UAV (unmanned aerial vehicle). For the traditional volume calculation was two level curves measured around the pile of woodchips with Network RTK in the coordinate system swerref 99 13 30. The volume was then calculated out of the SGB GEO with two methods of calculation, model compared to the reference plane and the model compared to model. The result was that the pile of woodchips with volume calculation based on aerial photography had an estimated volume of 3,288 cubic meters. The pile of woodchips with volume calculation based on the method of calculation model to reference plane had an estimated volume of 3,318 cubic meters. The pile of woodchips with volume calculation based on the method of calculation model to model had an estimated volume of 3,151 cubic meters. 4
Innehållsförteckning Sammanfattning...3 Abstract...4 1 Inledning...6 1.1 Bakgrund...6 1.2 Syfte/Uppgift...6 2 Genomförande...7 2.1 Metod för arbetsuppgift...7 2.1.1 Planeringsmöte...7 2.1.2 Rekognosering/studieområde...7 2.1.3 Koordinatsystem...8 2.1.4 Inmätning nivåkurvor...8 2.1.5 Volymberäkning SBG GEO...8 2.1.6 Flygfotografering och volymberäkning UAV...9 2.2 Material...11 3 Resultat...12 3.1 Volymberäkning UAV...12 3.2 Volymberäkning SGB GEO...12 3.3 Jämförelse av volymberäkningarna...12 3.4 Felkällor/osäkerheter...12 3.5 Problem...12 4. Utvärdering...13 5. Slutsatser...14 Referenser...15 Bilagor...16 5
1 Inledning 1.1 Bakgrund Mitt examensarbete gjordes under vecka 19 23 på företaget rotoview, som är specialiserade på flygfotografering. Bakgrunden till detta examensarbete är att jag läste ett pressklipp om företaget rotoview som anger att volymberäkning baserat på flygfotografering med UAV (unmanned aerial vehicle) är exaktare än traditionell volymberäkning (Stenkoll, 2012). Jag kom därför på iden efter samtal med Johan Lindquist på rotoview att genomföra en studie som skulle jämföra volymberäkning baserat på UAV och traditionell volymberäkning med avseende på resultatet efter volymberäkning. 1.2 Syfte/Uppgift Syftet med examensarbete går ut på att jämföra volymberäkning baserat på rotoview UAV flygfotograferingar med traditionell volymberäkning baserat på NRTK inmätta nivåkurvor med avseende på resultatet efter volymberäkning. Resultatet av arbetet blir en jämförelse mellan den beräknade volymen för volymberäkning baserat på UAV flygfotograferingar och den beräknade volymen för traditionell volymberäkning baserat på NRTK inmätta nivåkurvor. 6
2 Genomförande 2.1 Metod för arbetsuppgift 2.1.1 Planeringsmöte Vid ett telefonmöte vecka 21 med handledare Johan Lindquist kom vi fram till att studieområdet skulle vara en av flishögarna på Hedens värmeverk. 2.1.2 Rekognosering/studieområde Vi valde en flishög på plats vid Hedens värmeverk innan inmätning (se figur 1). Flishögen är 85 meter lång, 10 meter bred och 6 meter hög. Figur 1. Bilden visar en inaktuell översiktsbild över Hedens värmeverk. Flishögen som ligger inom rektangeln visar ungefärlig form, storlek och position för flishögen som användes i studien. 7
2.1.3 Koordinatsystem Koordinatsystem som användes för NRTK Sweref 99 13 30 RH 2000 2.1.4 Inmätning nivåkurvor Två nivåkurvor mättes in av mig vid flishögen med NRTK, en nivåkurva runt flishögen på marknivå och en runt toppen på flishögen. Totalt mättes 232 punkter in till nivåkurvorna med cirka en halvmeter mellan varje punkt (se bilaga 1). 2.1.5 Volymberäkning SBG GEO Innan volymberäkning kan ske i SBG GEO behövdes först en terrängmodell skapas av flishögen. Med en terrängmodell kan en yta visualiseras digitalt genom att skapa ett nätverk av trianglar från en punktfil (Svensk Byggnadsgeodesi AB 2012a). Volymberäkning av terrängmodell sker sedan med hjälp av funktionen modell mot modell i SBG GEO. Volymberäkning kan utföras mellan modell och modell eller modell mot referensplan. För flishögen har beräkningen utförts mellan en modell och modell (se figur 2) på grund av marken kring flishögen inte är särskilt jämn. För flishögen har även modell mot referensplan testas. Skillnad med den här metoden är att ett plant referensplan används istället för att en yta skapas utifrån alla mätningar vid markplanet under flishögen. Triangelmodell användes som beräkningsmetod vilket innebär att programmet skapar prismor av trianglarna och beräknar volymen för varje prisma och adderar volymen för alla prismor (Svensk Byggnadsgeodesi AB 2012b). Noggrannheten för volymberäkningen beror på antalet inmätta punkter. Ju fler punkter, desto korrektare trianglar kan skapas. Figur 2. Bilden visar modellen av flishögen och modellen av markplanet under flishögen som skapades med SGB GEO. 8
2.1.6 Flygfotografering och volymberäkning UAV Flygfotografering och volymberäkning UAV utfördes av Johan Lindquist. Steg för steg hur flygfotograferingen och volymberäkningen av flishögen genomfördes: Steg 1 Placering och inmätning av passpunkter. För att exaktare kunna georeferera flygfotografierna vid beräkning i fotogrammetri programvaran placerades först fyra passpunker ut och mättes in med NRTK. Steg 2 Uppställning av fältdator, radio antenn och förprogrammering av flygrutt. Innan flygfotografering kan ske behövdes först en förprogrammering av flygrutten i en fältdator genomföras. Kommunikationen mellan fältdator och flygplanet (se figur 4 s.10) sker med en radioantenn (se figur 3). Figur 3. Bilden visar fältdator och radioantenn som användes under arbetet. 9
Steg 3 Flygfotografering. Flygplanet (se figur 4) flyger på cirka 200 meters höjd efter start och fotograferar med hjälp av en inbyggd digitalkamera och GPS flera stråk av en förprogrammerad rutt (Smartplanes 2012). Varje flygfoto får en 80 procent överlappning efter att flygfotograferingen är klar. Figur 4. Bilden visar Smartone UAV som användes under arbetet vilket är tillverkat av svenska företaget Smartplanes. Steg 4 Beräkning. Stråken lades sedan ihop i efterhand med fotogrammetri programvaran Fotoscan pro. En digital evolutionsmodell (DEM) tas sedan fram över flishögen och exporteras till GIS programvaran Global Mapper, därefter kan volymen beräknas (se figur 5 s.12). Flygplanets foton ger efter alla beräkningarna är klara i fotogrammetri programvaran cirka 50 punkter per kvadratmeter vilket bidrar till en hög noggrannhet vid volymberäkningen. Hela markmodellen har en noggrannhet på cirka 2 4 cm efter att alla beräkningar är utförda. 10
2.2 Material Instrument GNSS mottagare: Topcon GRS-1 Programvaror SBG Geo version 2012.1.774.0 Microsoft Office 2007 Microsoft Paint version 6.1 11
3 Resultat 3.1 Volymberäkning UAV Volymen för flishögen beräknades till 3288 kubikmeter av Johan Lindquist (se figur 5). Figur 5. Bilden visar beräknad modell över flishögen utförd i Global Mapper av Johan Lindquist. 3.2 Volymberäkning SBG GEO Volymen för flishögen beräknades till 3318 kubikmeter med beräkningsmetoden modell mot referensplan (se bilaga 2) med ett referensplan på 50,6 meter som jag hämtade från nivåkurvor skapade av Johan Lindquist (se bilaga 4). Volymen för flishögen beräknades till 3151 kubikmeter med beräkningsmetoden modell mot modell (se bilaga 3). 3.3 Jämförelse av volymberäkningarna Differens mellan volymberäkning för UAV och för beräkningsmetoden modell mot referensplan blir 30 kubikmeter vilket motsvarar 0,9 procent högre volym än för volymberäkningen från UAV. Differens mellan volymberäkning för UAV och för beräkningsmetoden modell mot modell blir 167 kubikmeter vilket motsvarar 5 procent lägre volym än för volymberäkningen från UAV. 3.4 Felkällor/osäkerheter Marken kring flishögen är inte helt jämn och varierar med flera decimetrar kring mitt plana referensplan på 50,6 meter vilket gör att resultatet från beräkningsmetoden modell mot referensplan har en väldigt låg tillförlitlighet. 3.5 Problem Nederbörd På grund av kraftig nederbörd och vind har flygningarna blivit inställda två gånger. Den kraftiga nederbörden kan ha fått flishögen att sjunka ihop något vilket påverkar volymen. 12
4 Utvärdering Volymberäkningen från flygfotografering med UAV får anses ge en bättre och antagligen exaktare volymberäkning av flishögen än med SBG GEO. Detta beror på att ett mycket större antal mätpunkter av flishögen kan tas fram efter beräkningarna av flygfotografierna är gjorda. Volymberäkningen från flygfotografering med UAV får därför anses som den mest korrekta volymen i den här studien. Jag mätte bara in nivåkurvor längs flishögens markplan och kring toppen av flishögen. Medan flygfotona från UAV efter beräkning även får fram mätpunkter längs sidorna av flishögen, vilket bidrar till att få fram en korrektare modell av flishögen. Ju korrektare modellen av flishögen är, desto exaktare volym kan beräknas. Volymberäkning med beräkningsmetoden modell mot referensplan, beräknade volymen bättre än beräkningsmetoden modell mot modell i SGB GEO med en skillnad på endast 0,9 procent av volymberäkningen från flygfotografering med UAV. Dock så har detta resultat väldigt låg tillförlitlighet (se kapitel 3.4 s.12). Volymberäkning med beräkningsmetoden modell mot modell gav en skillnad på 5 procent av volymberäkningen från flygfotografering med UAV, vilket är en större avvikelse än beräkningsmetoden modell mot referensplan. Denna beräkningsmetod har dock en högre tillförlitlighet på grund av att fler mätpunkter kring flishögens används vid skapandet av flishögens markyta. 13
5. Slutsatser Studien har visat att volymberäkning baserad på UAV beräknar volymen bättre och antagligen exaktare än traditionell volymberäkning baserat på NRTK inmätta nivåkurvor. En exaktare volym är en stor fördel vid val av volymberäkning. En annan stor fördel med flygfotografering förutom bättre beräkning av volymen är att den ger en stor tidsvinst om ett stort antal volymer ska mätas in och beräknas. Den stora nackdelen med att ta flygfoton med UAV är att utrustningen är beroende av bra väderförhållanden till skillnad från NRTK inmätta nivåkurvor som kan mätas i kraftig nederbörd och vind. Vilken beräkningsmetod som väljs vid volymberäkning i SGB GEO kan ge stora skillnader på den volym som beräknas fram. För den här studien gav beräkningsmetoden modell mot referensplan en bättre beräknad volym men resultatet hade sämre tillförlitlighet än beräkningsmetoden modell mot modell. Om fler studier görs i framtiden inom detta område bör fler jämförelser utföras genom att mer än en volym mäts in och beräknas, så att resultatet kan få en högre kontrollbarhet. 14
Referenser Stenkoll(2012). En man med högt flygande planer [Elektronisk] s 42. Tillgänglig http://www.rotoview.se/wp-content/uploads/2013/01/artikel_stenkoll_rotoview.pdf [2013-05-31] Svensk Byggnadsgeodesi AB (2012a). User Manual GEO Terrängmodeller [Elektronisk] s 583. Tillgänglig http://download.sbg.se/manual/geosve2012.pdf [2013-05-31] Svensk Byggnadsgeodesi AB (2012b). User Manual GEO Volymberäkning modell mot modell [Elektronisk] s 606. Tillgänglig http://download.sbg.se/manual/geosve2012.pdf [2013-05-31] Smartplanes (2012). SmartOne unnmanned aircraft [Elektronisk] Tillgänglig http://www.smartplanes.se/technical/specifications/ [2013-05-31] 15
Bilagor Bilaga 1. Koordinatlista. pnr Y X Z pnr Y X Z 100 154050.068 6585382.940 50.977 223 154047.349 6585377.478 55.311 101 154051.350 6585381.457 50.952 224 154047.459 6585376.698 55.184 102 154052.003 6585380.024 50.959 225 154047.622 6585376.095 54.959 103 154052.566 6585378.233 50.994 226 154047.776 6585375.193 55.014 104 154052.898 6585376.089 50.964 227 154047.709 6585374.333 55.004 105 154053.260 6585373.989 50.939 228 154047.841 6585373.469 54.994 106 154053.726 6585372.304 50.963 229 154047.934 6585372.611 55.002 107 154053.953 6585370.760 50.995 230 154048.113 6585371.437 55.202 108 154054.112 6585369.373 51.008 231 154048.122 6585370.238 55.279 109 154054.299 6585367.475 51.006 232 154048.192 6585369.163 55.109 110 154054.744 6585365.704 50.962 233 154048.477 6585368.309 55.100 111 154055.002 6585363.851 50.926 234 154048.574 6585367.327 54.997 112 154055.379 6585361.609 50.839 235 154048.978 6585366.351 55.034 113 154055.533 6585359.761 50.799 236 154049.321 6585364.534 55.039 114 154055.907 6585358.141 50.797 237 154049.472 6585363.460 55.142 115 154056.209 6585356.448 50.797 238 154049.616 6585362.464 55.059 116 154056.601 6585354.857 50.790 239 154049.506 6585361.376 55.245 117 154057.060 6585353.077 50.761 240 154049.442 6585359.884 55.393 118 154057.414 6585351.656 50.751 241 154049.656 6585358.869 55.235 119 154057.756 6585349.851 50.734 242 154049.874 6585357.787 55.276 120 154058.193 6585348.258 50.734 243 154050.010 6585356.566 55.299 121 154058.559 6585346.430 50.732 244 154050.494 6585355.767 55.139 122 154058.719 6585344.638 50.783 245 154050.697 6585354.755 55.207 123 154059.025 6585342.915 50.804 246 154050.862 6585353.720 55.332 124 154059.143 6585340.722 50.827 247 154051.254 6585352.656 55.026 125 154059.566 6585337.654 50.864 248 154051.570 6585351.140 55.093 126 154060.280 6585336.034 50.882 249 154051.626 6585349.777 55.081 127 154060.739 6585333.409 50.888 250 154051.828 6585348.046 55.292 128 154060.952 6585331.460 50.898 251 154052.312 6585346.909 55.097 129 154061.475 6585329.979 50.906 252 154052.739 6585345.106 55.324 130 154061.801 6585328.521 50.933 253 154052.769 6585343.840 55.216 131 154062.068 6585327.241 50.942 254 154053.079 6585342.173 55.277 132 154062.350 6585326.184 50.967 255 154053.268 6585340.920 55.286 133 154062.598 6585324.831 50.969 256 154053.845 6585339.208 54.986 134 154062.936 6585323.302 50.979 257 154053.747 6585337.549 55.054 135 154063.234 6585322.120 50.975 258 154053.834 6585335.205 55.068 136 154063.503 6585320.777 50.968 259 154054.411 6585333.823 55.447 137 154063.816 6585319.115 50.970 260 154054.618 6585332.421 55.255 138 154064.125 6585317.722 50.981 261 154054.574 6585330.749 55.081 139 154064.419 6585316.432 50.984 262 154054.525 6585329.333 55.513 140 154064.610 6585315.050 50.981 263 154055.100 6585327.938 55.357 141 154064.874 6585313.824 50.975 264 154055.306 6585326.800 55.390 142 154064.784 6585312.293 50.954 265 154055.674 6585325.578 55.293 143 154064.307 6585310.905 50.896 266 154055.872 6585324.225 55.384 144 154064.017 6585309.887 50.890 267 154056.219 6585322.973 55.313 145 154063.636 6585308.813 50.849 268 154056.570 6585321.438 55.364 146 154062.846 6585307.819 50.821 269 154057.132 6585319.612 55.485 147 154062.058 6585307.151 50.806 270 154057.406 6585318.499 55.651 148 154060.994 6585306.606 50.761 271 154057.730 6585317.094 55.410 149 154059.994 6585306.082 50.744 272 154058.106 6585315.833 55.485 150 154058.992 6585305.724 50.744 273 154058.770 6585314.640 55.491 151 154057.010 6585305.131 50.753 274 154058.542 6585313.561 55.557 152 154055.719 6585305.148 50.762 275 154058.325 6585312.866 55.488 153 154054.448 6585305.286 50.800 276 154057.147 6585311.863 55.112 154 154052.959 6585305.871 50.867 277 154056.121 6585311.193 55.012 155 154051.932 6585306.560 50.878 278 154055.145 6585311.092 55.011 156 154050.804 6585307.221 50.887 279 154054.555 6585311.895 55.039 157 154049.693 6585307.471 50.863 280 154054.253 6585313.070 54.952 158 154049.122 6585308.440 50.840 281 154054.159 6585314.130 55.005 159 154048.862 6585309.684 50.813 282 154053.776 6585315.658 54.839 160 154048.745 6585310.796 50.792 283 154054.464 6585318.171 55.431 16
161 154048.644 6585311.708 50.782 284 154054.064 6585319.224 55.483 162 154048.469 6585312.860 50.757 285 154053.717 6585320.508 55.294 163 154048.341 6585313.899 50.734 286 154053.223 6585321.776 55.181 164 154048.249 6585314.863 50.723 287 154052.439 6585323.094 54.993 165 154047.852 6585315.969 50.702 288 154051.734 6585324.126 55.197 166 154047.657 6585317.384 50.700 289 154051.209 6585325.432 54.844 167 154047.625 6585318.581 50.710 290 154050.951 6585326.890 54.961 168 154047.149 6585320.039 50.721 291 154050.538 6585328.200 54.810 169 154046.674 6585321.371 50.736 292 154050.239 6585329.706 55.034 170 154046.300 6585322.691 50.739 293 154050.118 6585331.118 54.952 171 154045.821 6585324.156 50.748 294 154049.895 6585332.361 54.835 172 154045.652 6585325.893 50.707 295 154050.027 6585333.734 54.986 173 154045.340 6585327.334 50.664 296 154049.557 6585334.772 54.675 174 154044.908 6585328.944 50.616 297 154049.360 6585335.884 54.860 175 154044.659 6585330.244 50.590 298 154049.397 6585336.926 55.015 176 154044.385 6585331.363 50.548 299 154049.366 6585338.493 54.990 177 154044.201 6585332.661 50.507 300 154049.136 6585339.967 54.899 178 154044.042 6585334.242 50.481 301 154048.733 6585341.665 54.699 179 154043.836 6585335.612 50.454 302 154048.740 6585343.107 54.993 180 154043.672 6585336.914 50.431 303 154048.464 6585344.478 54.858 181 154043.436 6585338.303 50.405 304 154048.520 6585345.902 54.824 182 154043.187 6585339.619 50.387 305 154048.248 6585346.938 54.614 183 154042.906 6585340.974 50.372 306 154048.208 6585348.098 54.722 184 154042.768 6585342.158 50.377 307 154048.081 6585349.240 54.706 185 154042.562 6585343.147 50.380 308 154047.828 6585350.746 54.907 186 154042.470 6585344.591 50.381 309 154047.485 6585351.771 54.895 187 154042.251 6585346.075 50.404 310 154046.776 6585353.414 55.104 188 154042.004 6585347.426 50.419 311 154046.527 6585354.649 55.125 189 154041.833 6585348.784 50.466 312 154046.512 6585356.551 54.710 190 154041.585 6585350.142 50.480 313 154046.535 6585357.647 54.977 191 154041.210 6585351.598 50.478 314 154046.335 6585359.053 54.893 192 154040.837 6585353.032 50.502 315 154045.984 6585360.304 54.918 193 154040.787 6585354.393 50.509 316 154045.694 6585362.003 54.680 194 154040.801 6585355.671 50.528 317 154045.617 6585363.218 54.830 195 154040.701 6585356.980 50.553 318 154045.297 6585364.591 54.783 196 154040.507 6585358.659 50.561 319 154045.070 6585365.859 54.727 197 154040.266 6585360.081 50.564 320 154044.771 6585367.295 54.715 198 154040.052 6585361.682 50.573 321 154044.653 6585368.682 54.817 199 154039.805 6585363.072 50.584 322 154044.627 6585370.196 54.832 200 154039.677 6585364.244 50.593 323 154044.246 6585371.900 54.869 201 154039.529 6585365.427 50.603 324 154044.051 6585373.110 54.938 202 154039.317 6585366.634 50.610 325 154043.793 6585374.345 54.812 203 154039.153 6585367.745 50.623 326 154043.533 6585375.785 54.947 204 154038.924 6585369.032 50.608 327 154043.930 6585376.310 55.127 205 154038.713 6585370.683 50.562 328 154044.047 6585377.350 55.206 206 154038.559 6585372.484 50.489 329 154044.774 6585377.860 55.308 207 154038.294 6585373.553 50.480 330 154045.609 6585377.657 55.448 208 154037.957 6585374.834 50.397 331 154046.665 6585377.452 55.297 209 154037.415 6585376.407 50.413 210 154037.771 6585377.894 50.516 211 154038.132 6585379.122 50.622 212 154038.560 6585380.332 50.705 213 154039.029 6585381.580 50.754 214 154039.685 6585382.695 50.800 215 154040.838 6585383.545 50.827 216 154042.078 6585384.195 50.850 217 154043.295 6585384.558 50.872 218 154044.556 6585384.678 50.899 219 154045.855 6585384.277 51.027 220 154047.182 6585384.100 50.998 221 154048.496 6585383.800 50.990 222 154049.800 6585383.431 50.972 17
Bilaga 2. Volymberäkning med beräkningsmetoden modell mot referensplan Bilaga 3. Volymberäkning med beräkningsmetoden modell mot modell 18
Bilaga 4. Nivåkurvor med 0,2 meters intervall utförd av Johan Lindkvist i Global Mapper 19